摘要：在我國，煤礦(kuang)開采過程(cheng)中(zhong)產(chan)生(sheng)大量的酸性礦(kuang)井水，若直接(jie)排放勢必(bi)會對環境造成嚴重的污染。文章描(miao)述了酸性礦(kuang)井水的產(chan)生(sheng)原(yuan)因(yin)、危害(hai)，并(bing)介紹了處理方(fang)法及合(he)理化利用。

關鍵詞：酸性礦(kuang)井水；危害；處理；利用

概述

我(wo)國(guo)煤炭資源豐富，煤炭是我(wo)國(guo)生產生活(huo)的(de)(de)主要能源之一。在煤炭的(de)(de)開采過程中(zhong)，由于礦區復(fu) 雜(za)的(de)(de)水(shui)文地(di)質(zhi)條件，勢必(bi)會遇到地(di)下水(shui)的(de)(de)問題，而在其中(zhong)，酸(suan)(suan)性地(di)下水(shui)(Acid Mine Drainage，AMD)約占50%以上。大量(liang)的(de)(de)酸(suan)(suan)性地(di)下水(shui)被(bei)排(pai)出(chu)，既不能解決礦區的(de)(de)嚴(yan)重(zhong)缺水(shui)問題，還會對環境造成污(wu)染(ran)。

1.酸性礦井水的形成機(ji)制

酸性(xing)礦井水主(zhu)要(yao)指PH<6的(de)(de)地(di)下水。地(di)下水流經(jing)煤(mei)礦區煤(mei)系底(di)層(ceng)時，由(you)于硫(liu)在(zai)氧(yang) 化環境中(zhong)被氧(yang)化溶解(jie)于地(di)下水中(zhong)，使得(de)水中(zhong)的(de)(de)SO42-含量增高(gao)，成為(wei)地(di)下水中(zhong)的(de)(de)主(zhu)要(yao)陰離(li)子(zi)，陽離(li) 子(zi)主(zhu)要(yao)為(wei)H+和Fe2+、Fe3+、Mn2+等金屬離(li)子(zi)。 當煤(mei)層(ceng)及其圍巖中(zhong)含有黃鐵礦時，由(you)于地(di)下水中(zhong)的(de)(de)氧(yang)化物的(de)(de)氧(yang)化作用，使得(de)黃鐵礦被氧(yang)化，具體過程(cheng)如下[1]：

1.1 2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4

1.2黃鐵礦在含氧(yang)氣(qi)的(de)地下(xia)水(shui)中(zhong)(zhong)氧(yang)化為FeS- O4和H2SO4，含有大量Fe2+并具有酸性(xing)，但是FeS- O4只是氧(yang)化過程中(zhong)(zhong)的(de)中(zhong)(zhong)間產(chan)物(wu)，很不穩定，在酸性(xing) 水(shui)中(zhong)(zhong)還(huan)要(yao)進一步氧(yang)化。

4FeSO4+2H2SO4+O2→2Fe2(SO4)3+2H2O

1.3生成(cheng)的(de)Fe2(SO4)3較FeSO4穩(wen)定得多，但在弱酸性水中還要進一步氧化。

Fe2(SO4)3+6H2O→2Fe(OH)3+3H2SO4

Fe2(SO4)3水解的(de)(de)(de)(de)結果生成H2SO4，使(shi)水的(de)(de)(de)(de)PH 進一步減(jian)少。新生成的(de)(de)(de)(de)Fe(OH)3失(shi)水后，生成不溶于 水的(de)(de)(de)(de)黃(huang)褐色褐鐵礦(kuang)沉淀，即(ji)所謂的(de)(de)(de)(de)“鐵帽”。加(jia)上微 生物細菌的(de)(de)(de)(de)作用(yong)，更加(jia)加(jia)快了黃(huang)鐵礦(kuang)的(de)(de)(de)(de)氧化速(su)度。

2.酸性礦井水的危害

2.1酸(suan)性礦井水對地(di)(di)下(xia)水、地(di)(di)表(biao)水的(de)影響

由于酸性礦(kuang)井水(shui)(shui)中高含量的SO42-、Fe2+、 Fe3+、Mn2+等離子，當含水(shui)(shui)層之間發(fa)生水(shui)(shui)力聯系時， 會對(dui)其它含水(shui)(shui)層的地(di)下水(shui)(shui)造成嚴重的污(wu)(wu)染(ran)。由于地(di)下水(shui)(shui)一經污(wu)(wu)染(ran)很(hen)難恢復，所(suo)以由此造成的后果尤為(wei)嚴重。

當酸性礦井水(shui)(shui)未經處(chu)理直接排出，進入地表水(shui)(shui)體(ti)以(yi)后，會造成水(shui)(shui)質惡化(hua)。由于Fe2+的作用使(shi)得(de) 水(shui)(shui)體(ti)中氧的消耗量(liang)顯著增加(jia)，造成魚類、浮游生(sheng)(sheng)物、藻(zao)類等大量(liang)死亡。Fe3+結合OH-生(sheng)(sheng)成Fe（OH）3紅褐色沉淀，使(shi)得(de)水(shui)(shui)體(ti)底部以(yi)及兩岸呈(cheng)現紅色，影響(xiang)美觀。

2.2 酸性礦井水對(dui)設備的影響

酸性礦(kuang)井水具有強烈的腐(fu)蝕(shi)作(zuo)用，礦(kuang)山排水設備、鋼(gang)軌、以(yi)及其他附屬設備等被不斷(duan)腐(fu)蝕(shi)，降低(di)(di)了使用壽命，增加了工程(cheng)投資成(cheng)本。此外(wai)，酸性礦(kuang)井水還使鋼(gang)筋混凝土(tu)結構疏松，受壓受拉強度降低(di)(di)，影響煤礦(kuang)開采的安全。

2.3 酸性(xing)礦井水對生(sheng)產(chan)生(sheng)活的影響

在地下，由于(yu)礦(kuang)(kuang)工長(chang)期接觸(chu)酸性礦(kuang)(kuang)井(jing)水，會(hui)腐(fu)蝕(shi)身體皮膚，造(zao)成手腳開裂等，影響身體健康(kang)。未經處理的(de)酸性礦(kuang)(kuang)井(jing)水被排出(chu)后，進(jin)入地表(biao)水體，當這 部分水體被作(zuo)為灌(guan)溉用水進(jin)入農田時(shi)，破(po)壞土壤結(jie)構，使得土壤板結(jie)，抑制(zhi)了農作(zuo)物(wu)的(de)生長(chang)，嚴重時(shi)會(hui)造(zao)成農作(zuo)物(wu)大面積的(de)死亡，造(zao)成糧食減(jian)產(chan)。

3 酸性礦井水的(de)治理

根(gen)據酸性礦井水(shui)的(de)處理(li)工(gong)藝的(de)不同，可以分為中和法、微生物法、人工(gong)濕地法等。

3.1 中和法

中(zhong)(zhong)和(he)法(fa)主要包括石(shi)(shi)灰石(shi)(shi)中(zhong)(zhong)和(he)法(fa)、石(shi)(shi)灰乳(ru)中(zhong)(zhong)和(he) 法(fa)以及石(shi)(shi)灰石(shi)(shi)———石(shi)(shi)灰聯(lian)合中(zhong)(zhong)和(he)法(fa)3種[2，]其(qi)中(zhong)(zhong)應(ying) 用最廣泛的(de)是石(shi)(shi)灰乳(ru)中(zhong)(zhong)和(he)法(fa)。

石灰(hui)(hui)乳(ru)中(zhong)(zhong)和(he)法是(shi)利用酸(suan)堿中(zhong)(zhong)和(he)反應的(de)原理降(jiang)低酸(suan)性礦井水中(zhong)(zhong)H+的(de)濃度。目前運用較(jiao)多(duo)的(de)是(shi)直(zhi)接投入(ru)石灰(hui)(hui)乳(ru)。石灰(hui)(hui)乳(ru)的(de)價錢便(bian)宜，且能降(jiang)低礦井水中(zhong)(zhong)的(de)Fe2+、Fe3+以及(ji)SO42-的(de)濃度。具體(ti)反應如下：

Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4↓+2H2O

Ca(OH)2+Fe2++SO42-=CaSO4↓+Fe(OH)2↓

3Ca(OH)2+2Fe3++3SO42-=3CaSO4&darr;+2Fe (OH)3↓

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓

中和法(fa)對(dui)設備的要求較(jiao)為簡單，對(dui)水(shui)質水(shui)量(liang)(liang) 的適應(ying)能力強，操作方便(bian)，在我國大部分煤礦(kuang)(kuang)(kuang)采用(yong) 此法(fa)處(chu)(chu)理酸性礦(kuang)(kuang)(kuang)井(jing)水(shui)。適用(yong)于處(chu)(chu)理酸性較(jiao)強、涌水(shui) 量(liang)(liang)較(jiao)小的礦(kuang)(kuang)(kuang)井(jing)水(shui),但對(dui)石灰石的消耗量(liang)(liang)較(jiao)大，且對(dui) 鐵的去除效(xiao)果較(jiao)差(cha)。

3.2微生物法

微(wei)生物(wu)(wu)處理酸(suan)性(xing)礦(kuang)井水是(shi)國(guo)外研究的(de)(de)熱點之 一，在我國(guo)尚處于實驗室研究階段，未得(de)到(dao)(dao)廣泛應 用(yong)(yong)。微(wei)生物(wu)(wu)法是(shi)利用(yong)(yong)微(wei)生物(wu)(wu)———氧(yang)化亞鐵硫桿(gan)菌在 充分供氧(yang)的(de)(de)酸(suan)性(xing)條件下(xia)不(bu)斷將亞鐵氧(yang)化，并利用(yong)(yong)此 反應產生的(de)(de)能量進(jin)行繁殖，從而達到(dao)(dao)去除鐵的(de)(de)目(mu)的(de)(de) 3[] 。然后(hou)通過投入石(shi)灰乳(ru)進(jin)行中和，再通過沉淀、過 濾等(deng)方式(shi)，最終達到(dao)(dao)水處理的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。

該方(fang)法(fa)簡單易行，成本低廉，不僅容(rong)易回(hui)收鐵 元素，而且(qie)可(ke)以有效去除水中的(de)N、P等(deng)營養物質， 解決(jue)了二次(ci)污染問題，達到(dao)高(gao)效率低能耗的(de)效果， 在我國(guo)有廣泛的(de)發展(zhan)前景(jing)。但是微生(sheng)物對PH，溫度(du) 等(deng)條件要(yao)求較高(gao)，所以還要(yao)進行更深(shen)入的(de)研究。

3.3人工濕地法

人工(gong)濕地(di)(Constructed Wetlands)法是20世紀就在國外得到廣泛(fan)應用的一種(zhong)酸性礦井(jing)水處理 方(fang)法。其(qi)基(ji)本原理為(wei)：建造(zao)人工(gong)濕地(di)單(dan)元，即簡稱一個個的不透水的塘，在其(qi)中(zhong)填充各(ge)種(zhong)砂石(shi)、土(tu)壤(rang)等介質(zhi)(zhi)，并(bing)種(zhong)植(zhi)有特定除(chu)污(wu)效果(guo)的水生植(zhi)物。讓酸性礦井(jing)水緩慢流(liu)過介質(zhi)(zhi)表面，或以滲流(liu)的形式，在介 質(zhi)(zhi)中(zhong)流(liu)動，穿過介質(zhi)(zhi)和(he)植(zhi)物的根系，利用植(zhi)物在人 工(gong)濕地(di)中(zhong)吸收(shou)、吸附污(wu)水中(zhong)的金屬離子(zi)的功能，達到凈化(hua)的目(mu)的。最后進行中(zhong)和(he)反應，中(zhong)和(he)水中(zhong)的 H+。

該(gai)方(fang)(fang)法(fa)需要將多個人(ren)工濕(shi)(shi)地(di)(di)串聯(lian)，是生物(wu)、化學、物(wu)理方(fang)(fang)法(fa)的綜(zong)合(he)利(li)用。但人(ren)工濕(shi)(shi)地(di)(di)占(zhan)地(di)(di)面積較(jiao)大，處理速(su)度較(jiao)慢(man)，且對濕(shi)(shi)地(di)(di)的控制較(jiao)困難，尤(you)其在(zai)寒冷地(di)(di)區該(gai)方(fang)(fang)法(fa)仍(reng)有極大的局限(xian)性。

3.4其他方法

近年來，對酸性礦井水的(de)(de)處(chu)理(li)開展(zhan)了更深(shen)入的(de)(de)研究，發(fa)現了許(xu)多新的(de)(de)處(chu)理(li)方法(fa)，主要有(you)粉煤灰法(fa)、赤泥法(fa)處(chu)理(li)以及使(shi)用堿(jian)性紙漿廢(fei)液、硼泥等代替石(shi)灰乳，以廢(fei)治廢(fei)，綜合利用，可大幅度降低(di)處(chu)理(li)成本，達到經濟效(xiao)益、社(she)會效(xiao)益、環境效(xiao)益的(de)(de)有(you)機統 一4[。]

4 酸性礦井水的應用

在我國，礦(kuang)(kuang)井(jing)排(pai)(pai)水(shui)(shui)量(liang)(liang)極大，導致煤炭(tan)開(kai)采過程中的(de)(de)排(pai)(pai)水(shui)(shui)費(fei)用(yong)(yong)大幅度(du)提(ti)高，而(er)煤礦(kuang)(kuang)開(kai)采本身(shen)需要大量(liang)(liang)的(de)(de)水(shui)(shui)。礦(kuang)(kuang)井(jing)水(shui)(shui)的(de)(de)排(pai)(pai)放一(yi)方(fang)面加(jia)大了(le)煤炭(tan)企業的(de)(de)經(jing)濟(ji)負擔，另一(yi)方(fang)面又浪費(fei)了(le)寶貴(gui)的(de)(de)水(shui)(shui)資源(yuan)。大規模 的(de)(de)排(pai)(pai)水(shui)(shui)還會使(shi)得地下(xia)水(shui)(shui)位(wei)明顯下(xia)降(jiang)，更(geng)進一(yi)步加(jia)大了(le)礦(kuang)(kuang)區的(de)(de)供(gong)水(shui)(shui)緊(jin)張。所(suo)以礦(kuang)(kuang)井(jing)水(shui)(shui)的(de)(de)有效利用(yong)(yong)，實行(xing) 排(pai)(pai)供(gong)結(jie)(jie)合(he)(he)會很好的(de)(de)解決這一(yi)問題(ti)。所(suo)謂的(de)(de)排(pai)(pai)供(gong)結(jie)(jie)合(he)(he)就(jiu)是從排(pai)(pai)水(shui)(shui)、供(gong)水(shui)(shui)并關(guan)注生態環保三方(fang)面考慮[5]將處理(li)過的(de)(de)礦(kuang)(kuang)井(jing)水(shui)(shui)，根據處理(li)的(de)(de)程度(du)用(yong)(yong)于各種目的(de)(de)的(de)(de)供(gong)水(shui)(shui)，達到合(he)(he)理(li)規劃、合(he)(he)理(li)利用(yong)(yong)的(de)(de)目的(de)(de)。

酸(suan)性(xing)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)井水(shui)(shui)經過初(chu)步處(chu)理(li)后(hou)，達到(dao)國家規定 的(de)排放標(biao)準(zhun)后(hou)合理(li)排放，處(chu)理(li)效果較(jiao)好(hao)的(de)可(ke)以作為(wei) 供水(shui)(shui)水(shui)(shui)源，用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)工(gong)業(ye)、農(nong)(nong)業(ye)以及生(sheng)活(huo)用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)中(zhong)。a.工(gong)業(ye) 用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)：工(gong)業(ye)用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)對(dui)水(shui)(shui)質的(de)要(yao)求標(biao)準(zhun)不(bu)高(gao)，經過初(chu)步 處(chu)理(li)后(hou)，可(ke)以用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)區(qu)的(de)綠化(hua)、井下灌漿、采煤工(gong)作 面的(de)降塵用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)、洗煤廠洗煤、冷(leng)卻用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)等，緩(huan)解排供 矛(mao)盾(dun)。b.農(nong)(nong)業(ye)用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)：我國煤礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)大部分分布于(yu)(yu)干旱與 半干旱地(di)區(qu)，礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)區(qu)附近(jin)的(de)農(nong)(nong)田灌溉可(ke)引(yin)用(yong)(yong)(yong)處(chu)理(li)過的(de) 礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)井水(shui)(shui)，有(you)效緩(huan)解農(nong)(nong)田灌溉壓力。c.生(sheng)活(huo)用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)：礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)區(qu) 生(sheng)活(huo)用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)對(dui)水(shui)(shui)質的(de)要(yao)求標(biao)準(zhun)較(jiao)高(gao)，對(dui)于(yu)(yu)處(chu)理(li)較(jiao)好(hao) 的(de)，可(ke)以作為(wei)飲(yin)用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)源。對(dui)于(yu)(yu)多余(yu)的(de)水(shui)(shui)量，可(ke)向市區(qu) 供水(shui)(shui)，合理(li)定價，既解決(jue)城市用(yong)(yong)(yong)水(shui)(shui)緊張的(de)問題，又合 理(li)的(de)利用(yong)(yong)(yong)了礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)井水(shui)(shui)，增加了收入，降低(di)了成本。

5 結論

煤層地系大多(duo)數處于還原(yuan)環境中，由于人工開采而變成氧化環境，導致了大量(liang)酸(suan)性礦井水(shui)的(de)(de)(de)產生。故(gu)酸(suan)性礦井水(shui)的(de)(de)(de)處理與(yu)應用(yong)在我國(guo)有廣泛的(de)(de)(de)發展前景，在加(jia)大科(ke)技資金投入的(de)(de)(de)基礎上，學(xue)習國(guo)外先進的(de)(de)(de)生產經驗，綜合各方面因素，因地制宜制定有效的(de)(de)(de)措施，對現有水(shui)資源進行合理規劃(hua)管(guan)理，對更(geng)好(hao)的(de)(de)(de)改善煤礦經濟(ji)效益、環境效益有極大的(de)(de)(de)促(cu)進 作用(yong)。

參考文獻
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